LED控制装置标准中主要性能要求的解析

LED控制装置标准中主要性能要求的解析
2010-9-20 15:26:09 《半导体照明》杂志中国半导体照明网俞安琪王月丽李妹行业分类:其它浏览

　　LED控制装置的各项性能指标的优劣，直接关系到照明用LED器具的整体效率和使用寿命等重要使用功能，但是对于各类电器来说，其安全指标是确保正常使用时不对使用者和周围环境产生各种危害的更高一级标准要求（强制性要求）LED控制装置只有在满足各项安全要求的前提下，才有意义来衡量其性能指标的优劣，而既能满足各项安全要求，又能满足各项性能指标的LED控制装置，才是好产品。

　　LED在开始工作时，不需要预热和触发脉冲；在正常工作时，可以在特低安全电压下工作，这些都是LED较其它气体放电光源来说独特的优点。照明LED的典型伏安特性曲线如图1所示，LED的正常工作区域是图中VF（0）——VF段。从该工作段可以看出，要使LED的工作稳定，最有效的办法是采用控制其工作电流的方法来实现LED工作点的稳定，所以对于单串的LED模块，采用恒流源驱动或通过调整工作电流来实现调光是最可靠的首选方法。但是，如果采用恒压电路，再外加或利用LED模块中的恒流电路，也能达到使LED稳定工作的目的，此时，恒压电路和再外加或利用LED模块中的恒流电路应该结合起来视作为一个LED控制装置。因为LED的热负阻特性，所以单纯的恒压电路（例如开关电源）是不能作为LED驱动电路的。

图1 照明LED的典型伏安特性曲线

　　针对照明用LED模块的特点，IEC标准化组织发布了IEC 62384：2006标准，全国照明电器标准化技术委员会也颁布了GB/T24825-2009，该国标不仅保留了IEC 62384的全部内容，还增加了LED控制装置的能效要求。

一、输出电压和电流

1.启动和连接要求

　　LED控制装置内连接在输出端的储能电容，会在启动或连接LED时，产生短时间的浪涌电压或浪涌电流，对这些浪涌电量不加以控制，可能造成LED的寿命缩短或损坏，本条的考核是为了保证控制装置在连接输出负载后再接通输入电源或连接输入电源后再接通LED负载的短时间内，不造成LED模块的短期超负荷运行。

　　试验按图2要求连接。

图2 启动和连接过程的试验电路

　　试验步骤如下：

　　按LED控制装置的标志连接上最小的LED负载。对控制输出电压的控制装置，存在多组并联负载时，仅留下最小的一组负载。对于控制输出电流的控制装置，其输出回路中每串LED的个数降到最小（可能就留一串中的一个LED）。

　　把数字存储示波器（div）的一个通道CH1连接于电流取样电阻上（取样电阻R≥0.5Ω，无感电阻），另一个通道CH2连接于LED模块的电压取样端（上端）。示波器的接地端连接在电压/电流测量的公共端子上。把数字存储示波器设置在自动触发采样模式，记录时间≥2s。积分时段也设置为0~2s。

　　注意：示波器的测量探头不应采用差分隔离探头，否则无法采集到流过LED的直流分量。

　　先闭合S2，把电源电压调整到额定值，再合上S1，此时示波器记录的有效值即为控制装置提供给LED模块的启动电流和启动电压值，应不超过所配用的LED模块额定值（电压和/或电流）的1.1倍。同时，这一测量值也不得超过LED控制装置标称的最大输出电流或最大输出电压。

　　完成上述测量后，断开S1和S2，等待15分钟后先闭合S1，示波器的设置同上，再闭合S2，此时示波器记录的有效值即为控制装置工作后再连接LED模块时的连接电流和连接电压值，也不应超过所配用的LED模块额定值（电流和/或电压）的1.1倍。同时，这一测量值也不得超过LED控制装置标称的最大输出电流或最大输出电压值。

　　注：上述测量中，示波器应设定在具有测量交流和直流（包括脉动直流）的状态，所测量的值应是包含直流（脉动直流）和交流分量，其积分后的值应是真有效值（RMS）。

2.工作期间的电压和电流

　　在进行本条检验前，应对受试样品按标准5.2和/或5.3条进行分类，只有进行了正确的分类，才能对号入座地完成标准6.1.2条并正确完成本章对应的试验。对于LED控制装置的设计，也必须先要按这一章要求进行输出特性的定位。可以按以下方法分类：

　　(1)控制输出电压的LED 控制装置

　　LED控制装置如果具有稳定的输出电压，则应在产品上标明“额定输出电压”，并且应相应标明“最大输出电流”或“最大输出功率”。此类LED控制装置应该属于AC/DC转换（包括开关式AC/DC转换）的稳压电源。它的特性是在一定的负载电流范围内，输出电压几乎不变化。并且当电源电压在±10％的范围变化时，其输出电压几乎不变。即从控制装置的输出端看进去，具有很低的输出电阻。因为LED具有较明显的“温度负阻特性”，即当LED工作时，随着PN结结温的升高，其PN结的正向工作电压会呈线性下降，所以上述具有稳定输出电压的LED控制装置，只适用于自身带有限流装置的LED模块（最起码有一个电阻限流），否则对于功率较大的照明LED是无法正常工作的。

图3 控制输出电压的LED控制装置试验电路

　　LED控制装置如果不具有稳定的输出电压，即当其负载在额定范围内变化时或者电源电压在额定值的±10％范围内变化时，输出电压会在一个范围内明显变动。此类LED控制装置从输出端看进去，输出内阻抗比具有恒定电压输出式的LED控制装置要高，但明显低于控制电流输出式的LED控制装置。此类电路在连接LED工作时可以用较小的限流阻抗能使LED正常工作。此类LED控制装置也应标注额定输出电压和最大输出电流。

　　控制输出电压的LED控制装置最明显的特点是，在它的额定电压条件下，输出电路在轻负载（例如20%~30%负载率）和满负载条件下，其输出电压变化不大（输出电压变化率一般不大于30%），但如果在每一单路额定输出回路中再多串一个LED 将不能正常工作。

　　试验线路如图3，对于具有稳定输出电压的控制装置，当输入电压在额定值的92%~106%范围内变化时，输出电压变化与LED模块的额定电压相比，偏差应不大于±10％，对于具有非稳定输出电压的控制装置，在额定的输入电压下，输出电压应在所配合的LED模块的额定电压的±10％范围内。

　　（2）控制输出电流的LED控制装置

　　控制输出电流的LED控制装置，如果具有稳定的输出电流，即内部具有恒流源电路，应在产品上标注“额定输出电流”和“最高输出电压”。具有恒流特性的LED控制装置的最大特征是，从输入端向里看，具有很高的输出阻抗，在其输出端连接上一组串联的LED，只要串联的LED正向电压的累加值不超过其最高输出电压，在此范围内，多串几个LED或少串几个LED时，控制装置都能保持输出电流的恒定特性。从LED的工作伏安特性来看，此类控制装置是最合适的，它不需要附加限流阻抗，可直接在输出端连接LED负载。

　　控制输出电流的LED控制装置，如果不是有稳定的输出电流，即内部具有不够完善的恒流特性电路，例如内部采用电感或电容限流的电路。此类电路从输出端向里看的输出阻抗，低于具有恒定电流输出的控制装置，但明显高于控制输出电压型的控制装置。此类控制装置明显的特征是，只要输出端的LED串联负载的正向工作电压累加电压值不高于控制装置的最高输出电压值，多串几个LED或少串几个LED时，控制装置的输出电流的变化基本不超过30％，并且也能保证直接配合无附加限流阻抗的LED正常工作。

　　控制输出电流的LED控制装置的最明显特点是，当电源电流在±10％范围内变动时，控制装置不需要附加的限流阻抗可直接保证合适的LED负载正常工作。

　　试验电路见图4，对于具有稳定输出电流的LED控制装置，当输入电压在92%~106%范围内变化时，输出电流与配用的LED额定工作电流相比，偏差不大于±10％。对于不具有稳定输出电流的LED控制装置，当输入电压为额定值时，其输出电流与配用的LED的工作电流相比，偏差应不大于10％。

图4 控制输出电流的LED控制装置试验电路

3.容性负载的要求

　　LED控制装置，除了按输出电压或电流来分类外，在性能方面，还具有两类情况，一类是仅具有单一驱动LED的功能，另一类是除了具有驱动LED的功能外，还具有接收电脑控制信号端口和/或具有控制LED变色、闪动、亮暗交替等功能，即LED控制装置内本身具有设定的灯光逻辑变化的电路。

　　LED控制装置的外接控制端口或输出端口，如果在开机或接通电路时，外接电路中具有电容器（这里也可以理解成从LED控制装置连接到LED的导线之间或者导线与所穿金属管之间的分布电容），由于电容接通时其两端电压不能突变而可能产生的浪涌电流的特性，会明显干扰控制装置的正常工作，影响逻辑电路的运行，甚至使控制装置内的异常状态（过流或防短路）保护电路动作。从而使控制装置不能正常工作。本条款的设定就是要求LED控制装置在接入容性负载或容性控制件时仍应保持良好的工作特性。

　　对于LED控制装置，除了整体式（控制装置和LED做成不可拆开的一体式结构）并且能看清其负载不具有电容性特征外，其它的LED控制装置都应通过本条试验。试验线路见图5。

图5 连接容性负载的启动过程和工作时连接容性负载过程试验

　　该试验电路中模拟电容负载中的电阻的确定要求如下：

　　对于控制输出电压的控制装置

　　（无感电阻）

　　控制输出电流的控制装置

　　（无感电阻）

　　该试验电路中模拟容性负载的电容的确定要求如下：

　　对于包含逻辑电路的控制输出电压的控制装置

　　式中A为该控制装置的最大输出电流（安培）。

　　对于包含逻辑电路的控制输出电流的控制装置

　　对于不包含逻辑电路的控制输出电压的控制装置

　　式中A为该控制装置的最大输出电流（安培）。

　　对于不包含逻辑电路的控制输出电流的控制装置

　　（1）启动过程试验

　　先闭合S2，把电源电压调整到控制装置的额定值，再闭合S1，从功率计上读出相应的功率，以证明此状态下控制装置未转入保护状态。如果输入电压是一个范围，则应保证在该范围内试验时，控制装置能正常工作而不转入保护状态，否则为不符合。

　　（2）工作过程试验

　　先开启S2，再闭合S1，在额定电压闭合S2，从功率计上应读出相应的功率，以证明此状态下控制装置未转入保护状态。如果输入电压是一个范围，也应在这一范围内保证工作时连接容性负载不转入保护状态。否则为不符合。

4.开关期间与工作期间的电压浪涌

　　考核要求待定。

5.线路功率因数

　　对比较纯的正弦电源来说，功率因数应该用cosφ表示，但在谐波含量较大的场合，用电器的功率因数是各次谐波的综合反映。所以要用λ表示。λ的含义可用下面公式来表示：

　　(1)

　　这一定义式在灯的控制装置宣贯材料的第一章(GB19510.1/IEC61347-1)的“主要定义介绍”第5条中已经推导过，最终可基本得出：

　　公式(1)中：

　　P—电源供给镇流器和灯系统的有功功率。

　　S—电源供给镇流器和灯系统的视在功率。

　　U—电源电压

　　I—电源电流

　　由于电子控制装置工作时，在与电源的连接导线中，既有基波电流和各次谐波的电流存在，又有控制装置向电源泄漏反馈的高频传导干扰电流存在(EMI)，但从定义式看，构成功率因数λ关系式的两个基本量P和S都是电源供给控制装置与LED模块组合件系统的有功功率和视在功率，并不包括电子控制装置反馈给电源的传导干扰成份。因此，在检测时，按GB17625.1/IEC 61000-3-2标准要求，在测量仪表与电子控制装置之间应按规定加有具有5KHz带宽的低通滤波器或采用带有这种滤波功能的数字功率仪(例如横河WT2010、WT3000和EM TEST等)，这样才能保证功率因数项目检测的合理性和准确性。(有关本条款的检测原理及详细要求请见灯的控制装置宣贯教材的第十九章《IEC61000-3-2标准要求及检测原理》一文)。

　　电子控制装置从进线侧看，是属于非线性元件，因此得用λ来表示功率因数。该项目的设立也是为了给安装单位提供必须的电参数，以便于安装配电过程的设计。只要所用的功率表、电流表和电压表都能测量出真有效值，则所测功率因数值可用λ=P/UI得出，式中P为功率表显示的总有功功率，U为电源电压，I为电源电流。所测出的功率因数与标称值相比，相差不大于±0.05则判为合格。这里对电子控制装置的功率因数标称方法给予一定的说明，标准中规定，当功率因数低于0.95并且电流超前电压(容性)时，则应在功率因数值后加上c字，例如0.90c、0.85c等，对大于等于0.95或电流滞后于电压(感性)的情况功率因数值后不加c，这样可使安装使用者在功率因数较低、要进行补偿时能一目了然。

参考文献

[1]IEC 61347-2-13：2006灯的控制装置第13部分： LED模块用直流或交流电子控制装置的特殊要求。
[2]IEC 62384：2006 LED模块用直流或交流电子控制装置性能要求。

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